Устройство для измерения нелинейностей вольт-амперной характеристики точечного контакта Советский патент 1981 года по МПК H01L21/66 

в известном устройстве через ТК пропускается монотонно изменяющийся ток, промодулированный при помощи генератора гармонического напряжения йодключенногок ТК через КС-цепь параллельно источнику монотонно изменяющегося тока. Постоянная составляющая напряжения, возникающего на ТК, подается на соединенный с ТК вход X двухкоординатного самопишущего потенциометра. Нап ряжение второй гармоники сигнала модулирующего тока, возникающее на ТК, усиливается селективным усилителем, на вход которого переменная составляющая напряжения на ТК поступает с выхода фильтра, вход которого соединен с ТК. Выход селективного усилителя соединен со входом сии-. хронного детектора. Постоянное напряжение с выхода синхронного детектора, пропорциональное второй произ водной вида d V / dl ВАК ТК подается на вход «У двухкоординатног самопишущего потенциометра и регист рируется последним как функция напряжения V на ТК 12J. Недостатком известного устройств является- низкая чувствительность, поскольку нелинейности ВАХ ТК измеряются при наличии паразитного фона на зависимости . от Напряжен V на ТК, который обусловлен изменением дифференциального сопротивлени ТК в связи с изменением его темпера туры при изменении пропускаемого то ка. Следующим недостатком устройства является зависимость степени размытия структурных особенностей ВАХ ТК от изменения дифференциального сопр тивления ТК, что снижает точность .их измерения. Цель изобретения - повьааение чувствительности устройства и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается те что в устройство для измерения нелинейностей вольт-амперной харак-. теристики точечного контакта, .содер жащее генератор гармонического напряжения и криостат с расположенным внутри него точечным контактом, к которому подключен выход источника монотонно изменяющегося тока и п.ер. вый вход дв1 хкоординатного потенцио метра через последовательно соединенные фильтр, .селективный, усилител и синхронный детектор второй гармоники, а также - второй вход двухкоо динатного потенциометра, введены селективный, усилитель и синхронныйс детектор первой гармоники, схема сравнения, источник опорного напряжения, -делитель и преобразователь напряжение - ток, причем к точечном контакту подключен вход селективно:Гй усилителя первой гармоники, выход которого соединен со входом син хронного детектора первой гармоники, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, ко второму входу которой подключен источник опорного напряжения, выход схемы сравнения соединен с управляющим входом делителя, другой вход которого соединен с выходом генератора гармонического напряжения, а выход делиг еля через преобразователь напряжение - ток подключен к точечному контакту. На чертеже изображена структурная схема устройства. Точечный контакт (ТК)- 1 помщен и криостат 2 и подключен к выходу источника 3 монотонно изменяющегося .тока, к выхЪду преобразователя 4 напряжение - ток,а также ко входу X двухкоординатного (самопишущего) потенциометра 5, ко входу селективного усилителя б первой гармоники и ко входу фильтра 7. Выход фильтра 7 соединен со входом селективного усилителя 8 второй гармоники, выход которого соединен со входом синхронного детектора 9 второй гармоники. Выход синхронного детектора 9 второй гармоники подключен ко входу двухкоординатного (самопишущего) потенциометра 5. Выход селективного усилителя б первой гармоники соединен со входом синхронного детектора 10 первой гармоники . Выход синхроннЪгодетектора 10 первой гармоники соединяется с одним из входов схемы 11 сравнения, ко второму входу которой подключен источник 12 опорного напряжения . Выход схемы 11 сравнения соединен с управляющим.входом делителя 13 , вход делителя 13 соединен . с генератором 14 гармонического напряжения, а выход через преобразователь 4 напряжение - ток с ТК 1. Устройство работает следующим образом. Сигнал модулирующего тока, вырабатываемый преобразователем 4 напрял ение ток вызывает- появление на соединенном с ним ТК 1 переменного напряжения, содержащего как первую так и вторую гармоники модулирующего сигнала. Напряжение первой гармоники модулирующего сигнала после усиления селектиЕ1Ным усилителем б первой гармоники и детектирования синхронным детектором 10 первой гармоники подается на схему 11,сравнения, которая осуществляет сравнение величины продетектированного Напряжения первой гармоники с величиной опорного напряжения, задаваемого источником 12 опорного напряжения. В результате , схема сравнения 11 ;выр..абатывет1 сигнал обратной связи, подается на управляющий вход делителя 13, изменяя .его ксгзффициент деления. Выходной

сигнал генератора 14 гармонического напряжения Подается на вход делителя 13, на выходе которого напряжение гармонического сигнала изменяется в соответствии с изменением коэффициента деления, задаваемого сигналом обратной связи.

Преобразователь 4 напряжениеток затем преобразует выходное напряжение делителя 13 в сигнал тока, используемый для мо з 5 лйцяи пропускаемого через ТК 1 тока от источника 3 монотонно изменяющегося тока . Необходимое для измерения значение величины первой гармоники модулирующего сигнала устанавливается перед началом измерения путем регулировки выходного напряжения источника 12 опорного напряжения.

Напряжение второй гармоники сигнла модулирующего тока после выделения фильтром 7, усиления селективным усилителем В второй гармоники и детектирования синхронным детектором 9 второй гармоники регистрируется двухкоординатным самопишущим потенциометром 5 как функция напряжения V на ТК 1.

При этом напряжение второй гармоники сигнсша модулирующего тока пропорционально второй производной вида d /dv1ndv/dl ВАК ТК.Производная d/dvrndv/d связана с производной соотншаениемч d/dVIndv/dI {dv/dir /dlt Зависимость второй производной d/dvlnv /dl от напряжения на ТК,равно как и зависимость второй пртэиз- водной от напряжения на ТК, отражает нелинейности ВАК ТК, но лишена паразитного,., фона, свойственного зависимости d v/dl .При этом возможно существенное увеличение чувствительности наряду с повышением точности измерения нелинейностей ВАХ ТК.

Формула изобретения

Устройство для измерения нелинейностей вольт-амперной характеристик

точечного контакта, содержащее генератор гармонического напряжения и, крностат с расположенным внутри него точечным контактом, к которому подключён выход источника монотонно изменяющегося тока и первый вход двухкоординатного потенциометра через последовательно соединенные фильтр, селективный усилитель и синхронный детектор второй гармоники, а также-второй вход двухкоординатно

0 го потенциометра, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности и повышения точности измерений, в него введены селективный усилитель и синхронный

s детектор первой гармоники, схема сравнения, источник опорного напряжения, делитель и преобразователь напряжение-ток, причем к точечному контакту подключен вход селективного усилителя первой рармонйки, выход

0 которого соединён со входом синхроного детектора первой гармоники , : выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, ко второму входу которой гаэдключен источник

5 опорного напряжения, выход схемы сравнения соединен с управляющим входом делителя, другой вход которого соединен с выходом генератора гармонического напряжения, а-выход дели0теля через преобразователь напряжение-ток подшвочен к точечному контакту.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

i.Keib R.G.,GrahamT.P.,Roenker К.P. neeastic Electron Tunneling Analitlcal Technighe Applied Specer5§copy,J 30, number , 1976, p,.l-19.

0

2. Янсон иГк. Туннельная спектроскопия примесей и квазичастичных возбуждений в твердых телах . . Докторская диссёртация, ФТИНТ АН УССР, Харьков, 1975, с.26-31

5 (прототип).